DE102007008621A1

DE102007008621A1 - Ventilbaugruppe

Info

Publication number: DE102007008621A1
Application number: DE102007008621A
Authority: DE
Inventors: Marcus Forche; Jan Hoffmann; René LENZ; Christian Courth; Axel Nieder-Vahrenholz; Harald Dr. Biller; Jochen Klein; Fabian Wey
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-02-07
Also published as: WO2008006659A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch ansteuerbare Ventilbaugruppe, insbesondere für einen regelbaren Stoßdämpfer, deren Hauptstufenventilkörper als Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) ausgeführt ist, wobei zwischen der Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) und einer Scheibe (9) ein Druckraum (12) vorgesehen ist, dessen radiale Erstreckung durch einen Zwischenring (8) begrenzt ist, der flüssigkeitsdicht zwischen der Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) und der Scheibe (9) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe, insbesondere für einen regelbaren Stossdämpfer, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 196 24 898 C2 ist bereits eine elektrisch ansteuerbare Ventilbaugruppe für einen Stossdämpfer bekannt. Diese Ventilbaugruppe, die aus einem Vorstufen- und einem Hauptstufenventil besteht, weist zur elektrischen Betätigung des Vorstufenventils einen Stellmagneten auf, der zur variablen Einstellung eines Ventilöffnungsquerschnitts im Ventilgehäuse mit einem Ventilkolben verbunden ist, dessen Ventildichtflächen mit einem Ventilsitz im Ventilgehäuse zusammenwirken. Das Vorstufenventil bildet zusammen mit einer Blende im Zulauf zum Vorstufenventil einen Druckteiler. Der somit einstellbare Druck wird über eine Druckkammer auf das Hauptstufenventil rückgekoppelt. Das Hauptstufenventil ist ein druck- und federbetätigtes Druckregelventil und befindet sich in einem separaten Ventilgehäuse, das zusätzlich ein Einlaufventil aufnimmt, um eine zusätzliche Progression der Dämpfkraft zu ermöglichen, ohne die Ausführung des regelbaren Ventilteils verändern zu müssen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Ventilhauptstufe für eine Ventilbaugruppe der angegebenen Art unter Verwendung möglichst einfacher, funktionssicherer Mittel weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Ventilbaugruppe der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausführungsbeispiele hervor.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch die Ventilhauptstufe der erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe,
2 ein Diagramm mit einer Kennlinienschar für die Ventilbaugruppe nach 1 zur Darstellung der Druck-Volumenstrom-Charakteristik der Ventilbaugruppe abhängig vom Zustand des Vorstufenventils,
3 eine weitere Ausgestaltung der aus 1 bekannten Ventilbaugruppe im Längsschnitt,
4 analog zu 2 ein Diagramm mit einer Kennlinienschar für die Ventilbaugruppe nach 3.
Die 1 zeigt eine elektrisch ansteuerbare Ventilbaugruppe, mit einem symbolisch dargestellten Stellantrieb 14 zur elektromagnetischen Betätigung einer Ventilvorstufe 20, die beispielhaft als proportional betätigbares Drosselventil konzipiert ist. Die Ventilvorstufe 20 weist baulich in der Regel einen Vorstufenventilkörper auf, der einen Ventilöffnungsquerschnitt innerhalb der Ventilvorstufe 20 variabel einzustellen vermag. Zusammen mit der Blende 19 im Ventileinlass A zum Vorstufenventil bildet diese einen regelbaren Druckteiler, mit dessen Hilfe sich der Druck am Pilotanschluß C stufenlos einstellen lässt.
Die wesentlichen Merkmale der Ventilvorrichtung sind im Längsschnitt gezeigt und beziehen sich auf die Ventilhauptstufe 13, deren Hauptstufenventilkörper entgegen einer in Abhängigkeit von der Ventilvorstufe 20 einstellbaren hydraulischen Kraftwirkung und entgegen der Wirkung einer Feder 10 hydraulisch von einem im Ventilgehäuse 1 der Ventilhauptstufe 13 angeordneten Hauptstufenventilsitz 2 abhebbar ist, sodass unter Umgehung der Ventilvorstufe 20 im Ventilgehäuse 1 ein direkter Durchlass zwischen einem Ventileinlass A und einem Ventilauslass B herstellbar ist.
Der Hauptstufenventilkörper besteht aus mehreren federelastischen Ventilscheiben 4, 5, 6, 7, wobei zwischen den zu einem Federpaket gestapelten Ventilscheiben 4, 5, 6, 7 und der sich an einem gehäuseseitigen Anschlag 11 abstützenden Feder 10 ein Druckraum 12 vorgesehen ist, dessen radiale Erstreckung vorteilhaft durch einen Zwischenring 8 festgelegt ist, der flüssigkeitsdicht zwischen dem Federpaket (Ventilscheiben 4, 5, 6, 7) und einer sich durch die Feder 10 belasteten Scheibe 9 angeordnet ist.
Die unterste Ventilscheibe 4 des hubbeweglichen Federpakets wirkt im Bereich des größten Ventilscheibendurchmessers mit ihrer vom Zwischenring 8 abgewandten Stirnseite mit einer am Hauptstufenventilsitz 2 ausgebildeten ersten, zirkular umlaufenden Dichtkante 15 zusammen, über die in der angehobenen Stellung der Ventilscheibe 4 eine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Ventileinlass A und dem Ventilaus lass B herstellbar ist. In der abgebildeten drucklosen Grundstellung des Hauptstufenventilkörpers sind jedoch alle Ventilscheiben hydraulisch druckausgeglichen, sodass die den größten Durchmesser aufweisende Ventilscheibe 4 infolge der in Schließrichtung wirksamen Federvorspannkraft flüssigkeitsdicht an der ersten Dichtkante 15 anliegt.
Gleichzeitig verharrt diejenige Ventilscheibe 7 des Federpakets, deren Stirnseite dem Zwischenring 8 zugewandt ist, unter allen Betriebsbedingungen an einer am Zwischenring 8 ausgebildeten zweiten, zirkular umlaufenden Dichtkante 16, die diametral zu einer am Zwischenring 8 ausgebildeten dritten Dichtkante 17 ausgerichtet ist. Auch diese dritte, zirkular umlaufende Dichtkante 17 liegt infolge der Anpresskraft der Feder 10 unter allen Betriebsbedingungen an einem Innenrand der Scheibe 9 an, während sich der Außenrand der Scheibe 9 an einer vierten, zirkular umlaufenden Dichtkante 18 abstützt, die sich in einem Abstand zu dem im Hauptstufenventilsitz 2 angeordneten Ventilauslass B am Außenrand des Hauptstufenventilsitzes 2 befindet. Die Feder 10 ermöglicht durch ihre Gestaltung oder durch entsprechende Ausformung der Auflage zum Anschlag 11 oder zur Scheibe 9 einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den durch die Dichtkante 17 und den durch die Dichtkante 18 gebildeten Ringräumen.
Somit lässt sich durch stromabhängige Einstellung eines Drosselquerschnitts in der Ventilvorsteuerstufe 20 die hydraulische Kraftwirkung über die wirksamen Dichtkanten 15, 16, 17, 18 auf das Ventilscheibenpaket derart variieren, dass die gewünschte Druck-Durchflusscharakteristik

– kleiner Drosselquerschnitt mit hoher Druckbegrenzung = „harte" Dämpferkennung
– großer Drosselquerschnitt mit niedriger Druckbegrenzung = „weiche" Dämpferkennung

2

Der Übergang von der im Bereich geringer Durchflüsse vorherrschenden Drosselkennlinie zur Druckbegrenzung im Bereich mittlerer und hoher Durchflüsse kann durch geeignete Wahl der Dichtdurchmesser der Dichtkanten 15, 16, 17, 18 und durch die Wahl der Vorspannung der Feder 10 auf fahrzeugspezifische Erfordernisse angepasst werden.
Die zu einem Paket gestapelten Ventilscheiben 4, 5, 6, 7 sind mittels eines Ventilscheibenhalters 3 mittig am Hauptstufenventilsitz 2 befestigt. Um den Ventileinlass A funktions- als auch bauraumoptimiert in der Ventilhauptstufe 13 integrieren zu können, weist der Ventilscheibenhalter 3 zur Hindurchführung des Ventileinlasses A einen im Hauptstufenventilsitz 2 mittig befestigten Hülsenabschnitt auf, der die Ventilscheiben 4, 5, 6, 7 mittig durchdringt. An diesem Hülsenabschnitt schließt sich ein Bund an, der die Ventilscheiben 4, 5, 6, 7 flüssigkeitsdicht am Hauptstufenventilsitz 2 abdichtet. Beiderseits zum zentralsymmetrischen Eintritt des Ventileinlasses A in den Hauptstufenventilsitz 2 befinden sich im Hauptstufenventilsitz 2 weitere, mit dem Ventileinlass A verbundene Einlasskanäle, welche bis zur am ersten Dichtsitz 15 anliegenden Stirnseite der Ventilscheibe 4 führen.
Der durch die Ventilscheibe 7, den Zwischenring 8 und die Scheibe 9 begrenzte Druckraum 12 ist über die in den Ventilscheibenhalter 3 integrierte Blende 19 einerseits vom Ventileinlass A hydraulisch entkoppelt, andererseits über einen an der Feder 10 anliegenden Anschlag 11 mit dem zur Ventilvorsteuerstufe 20 führenden Pilotanschluss C verbunden, um abhängig vom Öffnungszustand der Ventilvorsteuerstufe 20 den Druck im Druckraum 12 und damit den sowohl auf die Scheibe 9 als auch auf die Ventilscheiben 4, 5, 6, 7 wirksamen hydrau lischen Druck, der dem Abheben der Ventilscheibe 4 von der ersten Dichtkante 15 entgegenwirkt, stufenlos zwischen dem Druck am Ventilauslass B und dem Druck am Ventileinlass A einstellen zu können.
Der Anschlag 11 ist als ein in Richtung des Druckraums 12 axial verstellbarer Hülsenkörper ausgeführt, der ebenso wie alle anderen bereits erwähnten Ventilbauteile zentralsymmetrisch im Ventilgehäuse 1 befestigt ist, um eine präzise Einjustierung der Vorspannkraft der Feder 10 zu gewährleisten.
Infolge der zentralsymmetrischen Ausrichtung aller Ventilbauteile, die innerhalb des Ventilgehäuses 1 eine koaxiale Anordnung des Ventileinlasses A und des Pilotanschlusses C vorsehen, ist sowohl die Feder 10 als auch die Scheibe 9 zur Hindurchführung des Pilotanschlusses C als Ringscheibe ausgeführt. Der Pilotanschluss C ist über die Ventilvorstufe 20 mit dem Ventilauslass B verbindbar, wobei in vorliegendem Ausführungsbeispiel sowohl der Ventileinlass A als auch der Ventilauslass B mit den voneinander über einen Kolben und Ventile getrennten Dämpferrohrkammern des Stoßdämpfers verbunden sind.
In 2 ist für die Ventilbaugruppe nach 1 entlang der Ordinate der Druckverlauf p und entlang der Abszisse der Volumenstrom Q zwischen dem Ventileinlass A und dem Ventilauslass B aufgetragen. Wie aus 2 deutlich wird, ergibt sich beim Übergang von einer Druckregelfunktion zu einer Überdruck- bzw. Druckbegrenzungsventilfunktion jeweils ein abgeknickter Kennlinienverlauf für sämtliche beispielhaft abgebildeten Kennlinien. Abhängig von der Wahl der durch die vier Dichtkanten 15-18 definierten und bereits in 1 erörterten Bauteildurchmesser können vorgenannte Kennlinien bestmöglich abgestimmt werden, um ein für einen regelbaren Kfz-Stoßdämpfer best mögliches Dämpfungsverhalten zu erzie len. Je nach Öffnung der Ventilvorstufe 20 ergibt sich jeweils ein unterschiedlicher Öffnungspunkt der Ventilhauptstufe 13, der dem Knickpunkt auf jeder abgeknickten Kennlinie entspricht. Die punktierte, annäherungsweise parabelförmig verlaufende Verbindungslinie schneidet jede der vier beispielhaft gezeigten Kennlinien und gibt im Schnittpunkt die jeweilige Lage des Öffnungspunkts für die Überdruck- bzw. Druckbegrenzungsventilfunktion an.
Der Öffnungsdruck wird jeweils durch die auf das Federpaket wirkenden Kräfte bestimmt, wozu der Zwischenring 8 an der zweiten und dritten Dichtkante 16, 17 den Druckraum 12 vom Ventilauslass B trennt, sodass der Druckraum 12 dem über die Ventilvorstufe 20 eingestellten Druck im Pilotanschluss C ausgesetzt ist. Dadurch entsteht eine Rückwirkung des hydraulischen Drucks auf das Federpaket mit einer wirksamen Fläche entsprechend dem durch die zweite Dichtkante 16 voreingestellten Durchmesser des Federpakets. Gleichzeitig weist aber auch die Scheibe 9 abhängig von der Lage der dritten und vierten Dichtkante 17, 18 eine hydraulisch beaufschlagbare Ringfläche auf, deren Druckkraft über den Zwischenring 8 auf das Federpaket gleichfalls schließend wirkt.
Die Ventilbaugruppe nach 3 unterscheidet sich von der Ventilvorrichtung nach 1 lediglich durch die Verwendung mehrerer Stützelemente 21, die in den beiderseits des Ventileinlasses A angeordneten Einlasskanälen des Hauptstufenventilsitzes 2 angeordnet sind. Die Stützelemente 21 sind über den Umfang einer Teilspannweite des Ventilscheibenpakets verteilt und weisen in drucklosen Zustand gegenüber der Ventilscheibe 4 abschnittsweise einen Spalt auf, welcher sich in Abhängigkeit der auf die Ventilscheiben 4, 5, 6, 7 wirkenden schließenden Kräfte verringert, bis die elastisch verformte Ventilscheibe 4 auf den Stützelementen 21 zum Auf liegen kommt. Somit wird ein weiterer Anstieg der schließenden Kräfte auf die Dichtkante 15 verhindert und die Höhe der Druckbegrenzung auf ein Maß unabhängig von einer weiteren Schließung der Ventilvorsteuerstufe 20 begrenzt, wie 4 beispielhaft für 2 Kennlinien zeigt. Ansonsten entsprechen alle in 3 abgebildeten Einzelheiten den bereits zu 1 erläuterten Merkmalen.
Schließlich verdeutlicht die 4 ausgehend vom Diagramm nach 2 den aus den Stützelementen 21 resultierende Einfluss auf den Kennlinienverlauf, wonach abweichend vom Diagramm nach 2 nunmehr in 4 die resultierenden Druck-/Durchflusskennlinien eine Bündelung erfahren, wobei die annäherungsweise parabelförmige Kennlinie, welche die Ventilöffnungspunkte beschreibt, infolge der im Hauptstufenventilsitz 2 angeordneten Stützelemente 21 im oberen Kennlinienverlauf einen Abbruch erfährt.
Bei einer Verwendung der vorgeschlagenen Ventilbaugruppe für einen regelbaren Stoßdämpfer lässt sich somit auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen das Druckniveau im Stoßdämpfer verringern, was für den Stoßdämpfer die Möglichkeit zur Reduzierung des Herstellaufwands eröffnet.
Generell führen die anhand den 1 und 3 konstruktiv dargestellten Einzelheiten der Ventilhauptstufe 13 zu geringen bewegten Massen, woraus kurze Ventilschaltzeiten resultieren. Da das vorgestellte Federpaket durch geeignete Wahl der Dichtkanten teilweise hydraulisch druckausgeglichen ist, können die einzelnen Ventilscheiben 4, 5, 6, 7 hinsichtlich ihrer Federcharakteristik relativ weich ausgelegt werden, wodurch sich Fertigungstoleranzen als auch Abdichteigenschaften des Federpakets besser beherrschen lassen. Überdies gewährleisten die vorgestellten Einzelheiten der Ventilhauptstufe 13 eine äußerst geringe Bauhöhe bei möglichst einfacher Einstellbarkeit durch die veränderliche Vorspannung der Feder 10 einerseits und hoher Variabilität in der Auslegung durch die Funktionsmaße der Ventilscheiben 4-7, des Zwischenrings 8 und der Scheibe 9.

1: Ventilgehäuse
2: Hauptstufenventilsitz
3: Ventilscheibenhalter
4: Ventilscheibe
5: Ventilscheibe
6: Ventilscheibe
7: Ventilscheibe
8: Zwischenring
9: Scheibe
10: Feder
11: Anschlag
12: Druckraum
13: Ventilhauptstufe
14: Stellantrieb
15: Dichtkante
16: Dichtkante
17: Dichtkante
18: Dichtkante
19: Blende
20: Ventilvorstufe
21: Stützelement
A: Ventileinlass
B: Ventilauslass
C: Pilotanschluss

Claims

Ventilbaugruppe, insbesondere für einen regelbaren Stoßdämpfer, mit einem vorzugsweise elektromagnetischen Stellantrieb und einer vom Stellantrieb betätigbaren Ventilvorsteuerstufe, die durch die Verstellung eines Vorstufenventilkörpers einen Druck innerhalb der Ventilvorsteuerstufe variabel einzustellen vermag, sowie mit einer Ventilhauptstufe, deren Hauptstufenventilkörper in Abhängigkeit des von der Ventilvorsteuerstufe eingestellten Drucks entgegen der Wirkung einer Feder hydraulisch von einem im Ventilgehäuse der Ventilhauptstufe angeordneten Hauptstufenventilsitz abhebbar ist, sodass im Ventilgehäuse ein direkter Durchlass zwischen einem Ventileinlass und einem Ventilauslass herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstufenventilkörper als mindestens eine federelastische Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) ausgeführt ist, und dass die Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) mit einer elastischen Scheibe (9) und einem flüssigkeitsdicht zwischen der Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) und der Scheibe (9) angeordneten Zwischenring (8) einen Druckraum (12) im Gehäuse (1) begrenzt.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) mit ihrer vom Zwischenring (8) abgewandten Stirnseite mit einer am Hauptstufenventilsitz (2) ausgebildeten ersten Dichtkante (15) zusammenwirkt, über die eine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Ventileinlass (A) und dem Ventilauslass (B) herstellbar ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) mit ihrer dem Zwischenring (8) zugewandten Stirnseite an einer am Zwischenring (8) ausgebildeten zweiten Dichtkante (16) anliegt, die diametral zu einer am Zwischenring (8) ausgebildeten dritten Dichtkante (17) ausgerichtet ist, die an der Scheibe (9) anliegt, wobei sich der Außenrand der Scheibe (9) an einer vierten Dichtkante (18) abstützt, die in einem Abstand zu dem im Hauptstufenventilsitz (2) angeordneten Ventilauslass (B) am Außenrand des Hauptstufenventilsitzes (2) angeordnet ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Wahl der durch die vier Dichtkanten (15, 16, 17, 18) im Bereich der Scheibe (9) und der Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) definierten Dichtdurchmesser die gewünschte Druck-/Durchflusscharakteristik innerhalb der Ventilhauptstufe (13) einstellbar ist.
Ventilbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) mittels eines Ventilscheibenhalters (3) mittig am Hauptstufenventilsitz (2) befestigt ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilscheibenhalter (3) zur Hindurchführung des Ventileinlasses (A) einen im Hauptstufenventilsitz (2) befestigten Hülsenabschnitt aufweist, der die Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) mittig durchdringt, und dass sich an den Hülsenabschnitt ein Bund anschließt, der die Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) flüssigkeitsdicht am Hauptstufenventilsitz (2) abdichtet.
Ventilbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (12) über den Ventilscheibenhalter (3) mit dem Ventileinlass (A) sowie über einen an der Feder (10) anliegenden An schlag (11) mit dem zur Ventilvorstufe (20) führenden Pilotanschluss (C) verbunden ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (11) zur Einjustierung der Vorspannkraft der Feder (10) als im Ventilgehäuse (1) befestigter, in Richtung des Druckraums (12) axial verstellbarer Hülsenkörper ausgeführt ist.
Ventilbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ventilscheiben (4, 5, 6, 7) zu einem Stapel zusammengepackt sind, wobei jede Ventilscheibe federelastisch ausgeführt ist.
Ventilbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (10) und die Scheibe (9) zur Hindurchführung des Pilotanschlusses (C) jeweils als Ringscheibe ausgeführt sind.
Ventilbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hauptstufenventilsitz (2) und der Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) mehrere Stützelemente (21) angeordnet sind, die über den Umfang einer Teilspannweite der Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) verteilt sind und abschnittsweise einen Spalt zur Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) aufweisen, wobei der Spalt in Abhängigkeit einer Druckbelastung auf die Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) derart überbrückbar ist, dass die Ventilscheibe (4, 5, 6, 7) an den Stützelementen (21) anlegbar ist.